海上平臺柱塞泵優化改造

張德江

［中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300452］

海上油田為保障原油處理過程中，為解決油液中對設備和管線腐蝕、結垢、膠體、懸浮顆粒含量和抑制有害細菌增生等環境條件，加入化學藥劑對原油油液進行處理。這就需要柱塞泵為這些化學藥劑提供動力，從而使這些化學藥劑注入管線流程之中。隨著海洋石油的開發及發展，常會出現原有設計不符合現場實際生產需求導致柱塞泵工作效果不理想的情況，通過對柱塞泵系統優化改造來提高化學藥劑注入效率從而達到穩定注入化學藥劑的效果，下面主要從三個方面進行介紹。

1 柱塞泵入口單流閥的升級改造

1.1 柱塞泵單流閥改造的背景

柱塞泵的單流閥，包括閥座、閥球、閥座墊。柱塞泵是一種往復泵，其柱塞靠泵軸的偏心轉動驅動，往復運動，其吸入和排出閥都是單向閥。當柱塞向外運動時，工作腔室內的壓力降低，出口閥關閉，低于進口壓力時，進口球閥打開液體進入。

在日常生產過程中，由于單流閥閥座反復的開關閉合工作，閥球和閥座會反復接觸，長時間的運轉就會對單流閥閥球和閥座的接觸面造成磨損。經過對現場柱塞泵單流閥的拆解，檢查其故障原因時，現場發現單流閥閥球表面產生嚴重的劃痕，這種現象主要是由于閥球開關閉合時，與閥座作用，產生接觸而導致。

1.2 優化改造方案

經過對現場拆解柱塞泵的閥球和閥座的測量，閥球的直徑為16mm，閥座直徑為12mm，底部密封面的直徑為10mm。雖然閥球表面由多處劃痕、閥座密封面已經出現小的坑蝕，但是將閥球和閥座的密封面進行加工，去除表面的劃痕，使其接觸面緊密貼合，最終達到單流閥修復的目的。

對單流閥閥球的表面劃痕，用1 200目的砂紙對其表面進行粗處理，然后用2 000目的砂紙對其表面進行細磨拋光，以達到閥球表面光滑無損傷的處理效果。

對單流閥閥座表面密封面的損傷，通過12.5mm的鉆頭對其表面進行擴孔處理，去其表面損傷、密封不嚴的貼合面，為保障處理后表面光滑、密封貼合，用1 200目砂紙先對其表面進行粗處理，去其表面的毛邊和細小的毛刺，然后用2 000目砂紙對其進行拋光，使其表面更加光滑。

經過處理后的閥座和閥球進行組合，通過透光法觀察其接觸面是否完全貼合，保障其密封度。最后對單流閥進行靜水壓力測試，觀察其在靜水壓力條件下，是否有明顯滲漏現象。如果無明顯滲漏，則處理合格，完成此次對單流閥的改造。

1.3 調整換型后效果評價

經過改造后的單流閥，進行凈水壓力測試，實驗10min后觀察，表面無明顯滲漏，閥球和閥座表面貼合，無明顯縫隙。將單流閥回裝流程后，啟泵試運轉，柱塞泵壓力正常，排液正常，達到了升級改造的目的，達到了理想的效果，經過柱塞泵的試運行，完全符合現場流程的需要，避免了因海上備件不足而引起的設備故障停機的事件。

經過改造后的單流閥，符合現場流程的要求，在保障設備流程穩定運行的同時，節約了維修費用，為設備改造提供了新的思路。

2 柱塞泵入口濾器的換型

2.1 柱塞泵進口濾芯改造的背景

柱塞泵進口設置有Y型濾器，用來過濾來液中的雜質，防止來液中的雜質進入泵體，堵塞進出口單流閥，對泵造成損壞。但是，在實際的現場使用過程中，由于設計的缺陷或者濾器材質與現場工況不相符等原因，最終會導致濾器堵塞、生銹等原因，造成柱塞泵進口壓力不足，無法滿足正常的工作需要。

2.2 柱塞泵進口濾芯改造的方案

（1）定期對濾器進行清洗，每周不少于兩次。由于從生產單位運輸到海上平臺化學藥劑罐整個過程中，包括金屬管線腐蝕產生的腐蝕物會進入介質，并伴隨介質進入化學藥劑泵的進口。這就需要經常清理，認真清理濾器內是否有金屬殘渣和固體雜質，防止濾器的堵塞。

（2）需要認證核實濾器的濾芯是否會受化學藥劑腐蝕，如果有腐蝕的情況，則需要重新選擇濾芯的材質，防止濾芯產生的銹渣堵塞濾芯的進口，造成柱塞泵進口堵塞。

（3）柱塞泵進口濾芯改造后的評價。通過對濾芯的優化改造，切實解決了因柱塞泵入口濾器堵塞造成的故障停泵現象，使得原來設計中，不符合現場實際情況的現象得到了明顯的解決，有效地防止了因濾網堵塞雜質，而造成化學藥劑注入不足的情況發生。

3 化學藥劑的優化研究

3.1 化學藥劑優化研究的背景

海上油田生產系統需要加注破乳劑、清水劑、助濾劑、殺菌劑、阻垢劑、緩蝕劑、甲醇等多種化學藥劑，在各種化學藥劑的聯合作用下改善原油的處理效果，隨著海上油田生產工況的不斷變化，使得原來的化學藥劑逐漸喪失應有的藥效，最終導致原油處理的處理效果下降。

3.2 化學藥劑優化研究方案

針對破乳劑的加注點以及加注濃度進行實驗，結合生產流程的溫度影響，將破乳劑的加注點更改為上游平臺，并將濃度和溫度分別保持在50×10-6和80℃，同時為了提高脫水速率，加注50×10-6的清水劑BHQ-06，將原來生產污水中的細菌產生抗藥性的殺菌劑BHS-03更換為殺菌劑YFSC-045。

在化學藥劑的生產、儲存、運輸、轉運，最終到海上后，由操作人員加入化學藥劑罐的過程中，不斷會有倒桶、運輸等環節，這些環節在一定程度上都會增加雜質摻入化學藥劑中的風險，使藥劑中雜質增多，堵塞化學藥劑泵入口濾器，甚至嚴重時堵塞化學藥劑泵進出口單流閥，影響化學藥劑泵的穩定運行。針對這種情況，結合生產一線對化學藥劑藥性穩定的需求，將化學藥劑200L的容積桶，定制為容積為3方的化學藥劑罐。將原來多桶承裝，改裝為一罐直接裝運，并在罐底加裝快速接頭泄放口，全程閉環管理，減少由于轉運過程對化學藥劑的污染。

3.3 化學藥劑及儲存裝置優化研究后效果評價

通過對各種化學藥劑優化研究，重新確定了相關化學藥劑的型號以及承裝容器，有效解決了柱塞泵系統中化學藥劑的選型缺乏針對性的問題和雜質較多的問題，避免了不同化學藥劑間的不良化學反應，更好地發揮了各種化學藥劑的藥效，極大改善了油田油水處理的效果。

3.3.1 直接經濟效益

化學藥泵故障頻率下降以后，節約了化學藥劑成本、備件使用成本、維保人工費用。

（1）降低化學藥劑檢修過程中的損耗，化學藥劑的月耗量降低了0.2m3。以破乳劑為例，單價13 000元/m3，2個月內檢查的效果節約破乳劑藥劑成本=13 000×0.4=5 200元，預計年度節約藥劑成本19萬元。

（2）通過優化藥劑系統濾器清洗周期，改進化學藥劑泵單流閥底座等措施，降低了設備備件使用成本，化學藥劑泵一套單流閥備件價格平均為400元，改進前化學藥劑泵故障頻率為4.55（次/月），改進后按照計劃目標化學藥劑泵故障頻率為2（次/月），預計年度節約=12×（4.55-2）×400=12 240元。

3.3.2 社會效益

化學藥劑泵故障頻率降低滿足了公司節能降耗目標，提高生產工作效率。

（1）化學藥劑泵故障頻率降低后，生產專業的化學藥劑異常下藥次數降低，極大減少了員工的工作量，提高了工作效率和勞動效益，提升了油氣水處理流程的穩定性和處理效果，助力油田注水水質達到企業A1級標準。

（2）在環保和員工職業健康方面，減少了員工與化學藥劑直接接觸的頻次，降低了員工職業健康受損風險，杜絕了因化學藥劑導致的地面污染和環境污染。

4 結束語

隨著海洋石油的開發和發展，海洋石油生產過程中，海上平臺的設備和系統對化學藥劑的需要越來越嚴重。柱塞泵的使用，為化學藥劑的注入提供了良好的動力和穩定可靠的注入平臺。但是，隨著生產壓力日益增大，原油處理能力日益增強，對柱塞泵的穩定可靠能力也提出了更好的要求。如果不能及時保證化學藥劑的注入，將會造成設備和管線堵塞，處理能力下降，進而可能導致石油生產的停產，最終影響人們日常生產生活對石油和天然氣的需要。如果能夠充分地利用現場的維修條件，在滿足柱塞泵的運行工況的條件下，對廢舊的易損件進行升級改造，使其重新能夠滿足設備的需要，最終能夠解決海上生產一線的生產需求，這不僅可以提升現場設備完好率，而且極大節約了備件維修費用，實現了生產效益和經濟效益雙豐收，提高了設備備件的利用率。